Малогабаритна рамкова антена

Малогабаритна рамкова антена, що містить рамковий випромінювач, лінію живлення, активний опір, причому лінія живлення та активний опір під ключені до протилежних сторін рамкового випромінювача, яка відрізняється тим, що послідовно активному опору включена ємність, причому периметр рамкового випромінювача L еквівалентний діаметру провідника рамкового випромінювача D, номінальні значення активного опору R та ємності С вибрані згідно з співвідношеннями: 0,1 × l £ L £ 1 0 × l, D ³ 0,01 × l, , Винахід відноситься до антенної техніки та може бути використаний, наприклад, як приймальна пеленгаційна антена для мобільних станцій радіоконтролю. Відома приймальна пеленгаційна антена у вигляді круглої рамки, розміри якої малі в порівнянні з робочою довжиною хвилі (див., наприклад: Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующи х, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. - М., 1973. - С. 250-252). Така антена має малий діапазон робочих частот, вимагає застосування узгоджуючого пристрою, унаслідок низьких значень активної складової та високих значень реактивної складової вхідного опору антени. При цьому антена формує неспрямоване випромінювання лінійної поляризації в площині антени і двохпелюсткову діаграму спрямованості (ДС) в ортогональної до антени площини, що приводить до неоднозначності у визначенні напрямку на джерело випромінювання. Усунути відзначену неоднозначність можливо застосуванням антени з кардіоідною ДС, що досягається, наприклад, додаванням до рамкового випромінювача еквівалентного по діючої довжини несиметричного вібраторного випромінювача, вісь якого знаходиться в площині рамки, і пристрою підсумовування сигналів з обох випромінювачів (див., наприклад: Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. - М., 1977. - С. 130-131). Однак така антенна система також має малий діапазон робочих часто т, вимагає застосування додаткових при строїв узгодження випромінювачів і підсумовування сигналів. Найбільш близькою до запропонованого винаходу по конструктивному виконанню є ромбічна антена (див.: Там же. - С. 395-404). Антена містить рамковий випромінювач у формі ромба, лінію живлення й активний опір. Причому лінія живлення підключається в розрив випромінюючого провідника в області одного з гострих кутів, а активний опір підключається також у розрив випромінюючого провідника, але в області протилежного гострого кута ромбічної рамки. Основний недолік антени-прототипу є великі габаритні розміри антени, яки необхідні для формування односпрямовоного випромінювання, а також високий рівень бічного і заднього випромінювання. Задачею винаходу є розширення робочого діапазону у бік низьких частот, зменшення габаритних розмірів антени та збільшення коефіцієнта захисної дії. Поставлена задача досягається тим, що в малогабаритній рамковій антені, що містить рамковий випромінювач, лінію живлення, активний опір, причому лінія живлення та активний опір підключені до протилежних сторін рамкового випромінювача, послідовно активному опору включена ємність. Периметр рамкового випромінювача L, еквівалентний діаметр провідника рамкового випромінювача D, номінальні значення активного опору R та ємності С вибрані згідно з співвідношеннями: 0,1 × l £ L £ 1 0 × l, D ³ 0,01 × l, , (19) UA (11) 40217 (13) A R = 120 × [ln(0,23 × L / D) - 1,29] (Ом), C = 87,27 × [ln (0,23 × L / D) - 129]-1 (пФ ), , де l - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. 40217 R = 120 × [ln(0,23 × L / D) - 1,29] (Ом), C = 87,27 × [ln (0,23 × L / D) - 129]-1 (пФ ), , го випромінювача. Конструктивно активний опір 3 та ємність 4 можуть бути виконані у ви гляді елементів із зосередженими або розподіленими параметрами. Малогабаритна рамкова антена в режимі, наприклад, прийому електромагнітних хвиль, працює таким чином. На антену під деяким кутом падає плоска електромагнітна хвиля, електричний вектор якої лежить у площині антени. Під впливом цієї електромагнітної хвилі в кожній крапці рамкового випромінювача 1 наводяться ЕРС, що, у свою чергу, збуджує електромагнітний струм. Вмикання активного опору 3 дозволяє створити заданий розподіл електромагнітного струму вздовж рамкового випромінювача і тим самим сформувати просторову спрямованість антени. При збільшенні довжини хвилі опір випромінювання рамкового випромінювача, як-от його реактивна складова, різко зростає, що приводить до погіршення спрямованих властивостей антени. Компенсація цієї реактивності здійснюється послідовним умиканням ємності 4. Крім того, вмикання ємності 3 приводить до додаткового фазового зрушення між складовими струму на протилежних сторонах рамкового випромінювача 1, внаслідок чого також збільшується коефіцієнт захисної дії. Тому що реактивна складова опору випромінювання рамкового випромінювача 1 має індуктивний характер і змінюється обернено пропорційно частоті, а реактивний опір, обумовлений послідовним умиканням ємності 3, має ємнісний характер та аналогічно змінюється з частотою, то можливо розширити робочий діапазон у бік низьких частот, або тим самим зменшити габаритні розміри антени, а також збільшити коефіцієнт захисної дії. Працездатність запропонованої малогабаритної рамкової антени, а також розширення діапазону робочих частот і збільшення коефіцієнта захисної дії при малому габаритному розмірі антени підтверджується результатами комп'ютерного моделювання й експериментальних досліджень виготовленої малогабаритної рамкової антени, що показали можливість антени формувати односпрямоване випромінювання з коефіцієнтом захисної дії не більш -15 дБ у десятикратному діапазоні частот. Економічний ефект від запропонованого винаходу обумовлюється тим, що його технічна сутність забезпечує створення малогабаритної рамкової антени, що має більший діапазон робочих частот, менші габаритні розміри та підвищений коефіцієнт захисної дії в порівнянні з пристроємпрототипом. Економічний ефект досягається за рахунок, по-перше, розширення діапазону робочих частот запропонованої антени, що, у свою чергу, забезпечує можливість застосування одного запропонованого пристрою замість декількох антен, що перекривають такий же діапазон частот, або замість сполучених антен, які набагато складніше запропонованої антени в конструктивному виконанні і, відповідно, мають більшу вартість, подруге, зменшення габаритів антени, що дозволяє зменшити матеріалоємність виробу, і, по-третє, збільшення коефіцієнта захисної дії, що дозволяє підвищити ефективність мобільних пеленгаційних станцій радіоконтролю. де l - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. Порівняно з відомим, запропонований технічний розв'язок виявляє нову технічну властивість, котра полягає у тому, що в малогабаритній рамковій антені, що містить рамковий випромінювач, лінію живлення, активний опір, причому лінія живлення і активний опір підключені до протилежних сторін рамкового випромінювача, послідовно активному опору включена ємність, а також обгрунтовано вибрані габаритні й електричні параметри антени: периметр рамкового випромінювача L, еквівалентний діаметр провідника рамкового випромінювача D, номінальні значення активного опору R та ємності С згідно з співвідношеннями: 0,1 × l £ L £ 1 0 × l, D ³ 0,01 × l, , R = 120 × [ln(0,23 × L / D) - 1,29] (Ом), C = 87,27 × [ln (0,23 × L / D) - 129]-1 (пФ ), , де l - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. Це дозволяє розширити робочий діапазон у бік низьких частот, зменшити габаритні розміри антени та збільшити коефіцієнт захисної дії. Ця властивість запропонованої малогабаритної рамкової антени є новою, оскільки в прототипі, внаслідок властивих йому недоліків, що полягають у відсутності ємності, включеної послідовно активному опору, неможливо зменшити високе значення реактивної складової опору випромінювання і тим самим вирівняти амплітудно-фазовий розподіл струму вздовж випромінюючого провідника, що не дозволяє розширити робочий діапазон у бік низьких частот при малому габаритному розмірі антени, а також збільшити коефіцієнт захисної дії. Таким чином, відмітні ознаки технічного розв'язку є істотними і цей технічний розв'язок відповідає критерію "істотні відмінності". На кресленні (фіг.) представлена структурна схема малогабаритної рамкової антени, що містить рамковий випромінювач 1, лінію живлення 2, активний опір 3, ємність 4, причому ємність 4 включена послідовно активному опору 3, а лінія живлення 2 підключена до протилежної сторони рамкового випромінювача 1. Конструкція запропонованої малогабаритної рамкової антени характеризується наступними розмірами: периметр рамкового випромінювача L дорівнює 0,1·l£L£1,0·l; еквівалентний діаметр провідника рамкового випромінювача D дорівнює D³0,01·l, де l - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. Номінальні значення активного опіру R та ємності С вибираються згодне з співвідношеннями: R = 120 × [ln(0,23 × L / D) - 1,29] (Ом), C = 87,27 × [ln (0,23 × L / D) - 129]-1 (пФ ), , що отримані на основі розрахованих значень повного опору випромінювання та хвильового опору рамкового випромінювача, а також експериментальних досліджень, для забезпечення максимального розширення робочого діапазону у бік низьких частот та збільшення коефіцієнта захисної дії, і можуть бути уточнені залежно від форми рамково 2 40217 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3